2.3 Микропрограммные автоматы с жесткой логикой

Рассмотрим структуру и принципы работы МПА с жесткой логикой.

2.3.1 Мпа на базе управляющего автомата Мили.

Работа автомата задается граф-схемой алгоритма (ГСА), полученной из функциональной схемы алгоритма работы данного операционного устройства [л 5, л 8]. В состав (рис. 33) МПА входят следующие структурные элементы: 2-х ступенчатая память автомата, дешифратор состояния (ДС_сост.) и две комбинационные схемы КС1 и КС2. Память служит для запоминания состояния автомата. Во II ступени фиксируется текущее состояние, по которому комбинационная схема КС1 формирует набор управляющих сигналов. I ступень предназначена для формирования следующего состояния в зависимости от предыдущего и значений осведомительных сигналов. Переключение I ступени памяти осуществляет схема КС1. Двухступенчатая память применяется для исключения «гонок» из-за разницы в величине задержек в КС1 при переключении различных разрядов памяти.

Рис.33

Предположим, что ГСА имеет следующий вид (Рис. 34). Выходы операторных вершин, отмеченные символами а₁, а₂, … соответствуют состояниям памяти МПА. Выход вершины «начало» и вход в вершину «конец» отмечен одним и тем же символом а₁ и соответствует одному и тому же состоянию памяти и означает, что после выполнение своих функций по генерации {y} в соответствии заданной ГСА, МПА возвращается в исходное положение до следующей инициализации.

Начало работы автомата обеспечивает сигнал «В», устанавливаемый извне в «1» (интерпретируется как осведомительный сигнал). После этого он сбрасывается в «0», а МПА после завершения работы снова переходит в состояние покоя «а₁».

Рис.34

Для реализации МПА необходимо по ГСА построить таблицу состояний и переходов автомата (Рис. 35) В ней отмечаются состояния МПА, управляющие сигналы, формируемые в каждом состоянии при наличии определенных значений осведомительных сигналов. Кроме того, в правой колонке таблицы записываются сигналы возбуждения памяти, формируемые по кодам состояния текущего и следующего состояния памяти. Значения сигналов определяются таблицами переключения триггеров, выбранных для построения памяти. В данном случае память реализована на RS-триггерах.

Текущее состояние	Код текущего состояния.	Управляющие сигналы (вход. набор)	Осведомительные сигналы (условие)	Следующее состояние	Код следующего состояния	Сигналы возбуждения памяти
а1	00	y1 -	В	а2 а1	01	S1
а2	01	y1, y3 y2, y3	x1	а3	10	R1, S2
а3	10	y1, y5 y4	x2	а4	11	S1
а4	11	y2	1	а1	00	R1, R2

Рис.35

Таблица позволяет описать логическую организацию схем КС1 и КС2:

Для КС1:

Для КС2:

МПА на базе УА с жестким временным распределением сигналов представляет собой наиболее простую структуру, изображенную на Рис. 36а. В ее состав входит распределитель сигналов (РС), комбинационная схема (КС) и управляющий триггер (Т_упр.) со схемой «И».

б) а)

Рис.36(а,б)

РС формирует последовательность импульсов (рис. 36б) на вход КС, которая обеспечивает по значениям осведомительных сигналов генерацию {y}. В исходном состоянии МПА находится в состоянии . инициализация его производится сигналом «старт», который устанавливает в «1» Т_упр.. и первый же импульс «СИ» переводит РС из состояния в состояние. Далее по каждому СИ РС переключается в следующее состояние пока не окажется в состоянии. В этом состоянииТ_упр. должен быть переброшен в «0».

Рис.37

В зависимости от вида ГСА все состояния распределителя сигналов могут быть активными, т.е. в каждом состоянии формируется управляющий сигнал, или некоторые из них пустые.

Реализован РС может быть как регистр сдвига, в котором «единица» перемещается по кольцу от левого разряда () к правому () или как композиция двоичного счетчика с дешифратором на входе.

По своей структуре ГСА можно разделить на 3 группы. К первой группе относятся алгоритмы управления, которые имеют линейные ГСА. Во вторую группу входят ГСА с разветвлениями. Третью группу составляют ГСА с обратными связями.

В линейных ГСА процесс управления распространяется сверху вниз. Могут иметь место ветвления, но в любой ветви присутствует не более одной операторной вершины (рис. 37).

ГСА с ветвлениями могут иметь несколько параллельных ветвей, причем хотя бы в одной из них имеется более одной операторной вершины (рис. 38).

В ГСА с обратными связями процесс управления может развиваться вниз или вверх в зависимости от значений осведомительных сигналов (рис. 39).

Рассмотрим особенности МПА и их работу для ГСА различных типов.

Предположим, задана линейная ГСА следующего вида (рис. 37). Состояние исоответствуют выходу вершины «начало» и входу вершины «конец». Выходы всех остальных операторных вершин отмечены последовательно символами. Эти отметки соответствуют выходам РС.

На вход комбинационной схемы КС, кроме выходов с распределителя сигналов, поступают осведомительные сигналы и. Логика построения схемы КС по данной ГСА описывается следующими выражениями:

Когда МПА переходит в состояние , КС формирует сигнал, соответствующий вершине «конец» ГСА и автомат отключается.

В данном случае все такты работы РС являются рабочими независимо от значений и.

В ГСА с ветвлениями (рис. 38) отмечается символами самая длинная ветвь, которая и будет определять количество выходов РС. В более коротких ветвях некоторые состояния будут холостыми. Например, в средней ветви ГСА после вершины сможно поставить отметку «», «» или «», но только одно из состояний РС будет рабочим, если управление распространяется по этой ветви.

В правой ветви холостыми будут такты, определяемые состояниями ,или.

Логика построения схемы КС описывается следующими выражениями:

Рис. 38

При наличии ГСА с обратными связями (рис. 39) микропрограммный автомат представляется как последовательность МПА₁, МПА₂ и МПА₃, каждый из которых реализует участок линейной ГСА. Отличия в отметках ГСА данного типа будут заключаться лишь в том, что выходы условных вершин, в которых имеет место обратная связь, тоже отмечаются. Это необходимо для организации передачи управления от одного автомата к другому.

Если , функции управления передаются МПА₃, в противном случае вновь продолжает работу МПА₂.

Рис. 39

Из рассмотренных материалов видно, что по структурной организации МПА с жестким временным распределением сигналов достаточно просты, но могут иметь потери в быстродействии из-за наличия холостых тактов. Такие потери неизбежны.

Количество состояний РС можно сделать регулируемым для ГСА различной длины путем введения в состав РС дополнительной схемы, которая для более коротких ГСА переводила бы РС из состояния в состояние.